CN214836730U - 一种发动机能量管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种发动机能量管理系统，发动机能量管理系统包括：一能量管理系统；一与能量管理系统连接的BMS模块，该BMS模块连接有动力电池；一与能量管理系统连接的ECU模块，该ECU模块连接有发动机；一与能量管理系统连接的PMU模块，该PMU模块连接有发电机；以及一与能量管理系统连接的无人机动力系统，该无人机动力系统包括一油泵。本实用新型设置有一能量管理系统，通过BMS模块获取动力电池系统的运行状态，并对发动机发电系统以及无人机动力系统进行控制。

Description

一种发动机能量管理系统

技术领域

本实用新型涉及多源混合动力技术领域，具体涉及一种发动机能量管理系统。

背景技术

混合动力电推进系统的优势在与其运行时噪声低、减少热量损失，飞行过程中给电池充电，允许小型内燃机用于巡航工况，能充当备用能源，实现反向电机启动以及空中内燃机重启；无人机配置混合动力电推进系统不仅可能增加飞行时间并减少燃油消耗，而且在纯电动模式下能够“隐身”完成监视任务，从而大大降低了发动机的噪声和热量损失。

针对设计完成的混合动力电推进系统，需要设计满足使用需求的控制系统实现对该系统的有效控制。公开号CN109710989A的发明专利申请公开了一种无人机油电混合动力能源管理优化方法和系统。其中，无人机油电混合动力能源管理优化法系统基于Python编写，应用Python搭建界面。但是其存在以下缺陷：(1)该系统基于Python编写并应用Python搭建界面，其本质为软件系统而并非用于无人机飞行控制的基于控制平台的系统；该系统可用于混合动力无人机能量管理方案的优化，但并不能对混合动力无人机进行实时控制，其作用更多在于能量管理策略的设计而非应用；(2)该系统对于飞行过程已知或可以预测的工况可以实现较好的优化效果，对于实际的无人机飞行工况适应性并不佳。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种发动机能量管理系统，以实现对该混合动力系统的能量进行管理。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种发动机能量管理系统，发动机能量管理系统包括：

一能量管理系统；

一与能量管理系统连接的BMS模块，该BMS模块连接有动力电池；

一与能量管理系统连接的ECU模块，该ECU模块连接有发动机；

一与能量管理系统连接的PMU模块，该PMU模块连接有发电机；以及

一与能量管理系统连接的无人机动力系统，该无人机动力系统包括一油泵。

优选地，ECU模块通过一喷油器驱动模块连接发动机的喷油器。

优选地，喷油器驱动模块包括一与能量管理系统连接的喷油器开关控制电路以及喷油器接口电路。

优选地，ECU模块通过一节气门舵机控制电路与发动机的节气门连接。

优选地，能量管理系统通过一油泵驱动模块与油泵连接。

优选地，油泵驱动模块包括一上电驱动电路、启动驱动电路以及脉冲驱动电路。

优选地，还包括一霍尔传感器，用于获取发动机的点火信息，该霍尔传感器通过一霍尔传感器信号采集电路与能量管理系统连接。

优选地，能量管理系统与BMS模块、PMU模块、ECU模块以及无人机动力系统之间采用CAN通讯。

优选地，还包括一电源模块。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型中，发动机连接有一ECU模块，用于实现对发动的控制，发电机连接有一PMU模块；其中，发动机带动发电机发电，并将电压传输给PMU模块，PMU模块对接收的电压进行滤波以及整形，然后输出电量；动力电池系统的充电设备与发动机发电系统的PMU模块连接，接收经过PMU模块整形以及过滤的电能，并且为动力电池进行充电；动力电池系统连接有一BMS模块，对电池的电量进行监测；本实用新型设置有一能量管理系统，通过BMS模块获取动力电池系统的运行状态，对动力电池系统进行监测。

附图说明

图1是本实用新型的发动机能量管理系统的结构框图；

图2是本实用新型的能量管理系统的电路原理示意图；

图3是本实用新型的CAN通讯连接的电路原理示意图；

图4是本实用新型的喷油器驱动模块的电路原理示意图；

图5是本实用新型的节气门舵机控制电路的电路原理示意图；

图6是本实用新型的霍尔传感器信号采集电路的电路原理示意图；

图7是本实用新型的上电驱动电路的电路原理示意图；

图8是本实用新型的启动驱动电路的电路原理示意图；

图9是本实用新型的脉冲驱动电路的电路原理示意图；

图10是本实用新型的电源模块的电路原理示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一步的描述。

如图1所示，本实用新型应用于无人机混合动力系统，该混合动力系统包括一发动机发电系统、一与发动机发电系统连接的动力电池系统以及一无人机动力系统，发动机发电系统能够实现启动以及发电的过程；动力电池系统接收发动机发电系统的电能，并进行充放电，发动机发电系统进行发电，一方面为无人机动力系统进行供电，一方面将电量传输给动力电池系统进行存储。

发动机发电系统包括发动机以及与发动机连接的发电机；其中，发动机的输出轴与发电机连接，发动机将燃料的化学能转化成机械能，并且带动发电机的转子进行旋转，发电机的转子旋转，将机械能转化成电能，发动机带动发电机发电。

动力电池系统包括一充电设备以及一与充电设备连接的动力电池，充电设备与发动机发电系统连接，接收发动机发电系统传输的电能，并且为动力电池进行充电，动力电池与无人机动力系统连接，为无人机动力系统提供电量。

本实用新型提供一种发动机能量管理系统，对该混合动力系统的能量进行管理。

如图1所示，本实用新型的发动机能量管理系统包括：

一能量管理系统；

一与能量管理系统连接的BMS模块，该BMS模块连接有动力电池；

一与能量管理系统连接的ECU模块，该ECU模块连接有发动机；

一与能量管理系统连接的PMU模块，该PMU模块连接有发电机；以及

一与能量管理系统连接的无人机动力系统，该无人机动力系统包括一油泵。

本实用新型中，发动机连接有一ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)模块，用于实现对发动的控制，发电机连接有一PMU(Power ManagementUnit，电源管理单元)模块；其中，发动机带动发电机发电，并将电压传输给PMU模块，PMU模块对接收的电压进行滤波以及整形，然后输出电量；动力电池系统的充电设备与发动机发电系统的PMU模块连接，接收经过PMU模块整形以及过滤的电能，并且为动力电池进行充电；动力电池系统连接有一BMS(BatteryManagement System，电池管理系统)模块，对电池的电量进行监测；本实用新型设置有一能量管理系统，通过BMS模块获取动力电池系统的运行状态，并根据运行状态对发动机发电系统以及无人机动力系统进行能量分配。

本实用新型的能量管理系统与BMS模块连接，通过BMS模块获取动力电池系统的运行状态；具体地，BMS模块分别与充电设备以及动力电池连接，BMS模块实时监控动力电池的状态，BMS模块可监控的动力电池参数主要包括输出电流、开路电压、放电时间、SOC(stateofcharge，充电状态)、 SOH(State of Health，健康程度)、充放电循环次数、电池温度等；通过采集蓄电池的输出电流、开路电压和放电时间，BMS模块可以计算出电池当前的SOC(state ofcharge，充电状态)，并判断是否需要为蓄电池充电。

进一步地，在本实用新型中，能量管理系统通过ECU模块与发动机连接，一方面用于实现对发动机的控制，使其能够正常工作并满足无人机在飞行过程中所需的能量要求，控制参数包括喷油脉宽、节气门开度等；另一方面获取发动机运行的最新情况，可监测的发动机参数包括：发动机转速、喷油脉宽、喷油相位、点火提前角、进气温度、进气压力、发动机缸体温度、节气门开度等，这些参数可以反映发动机的运行状态。

如图4所示，在本实用新型的一个具体的实施例中，ECU模块通过一喷油器驱动模块连接发动机的喷油器；喷油器驱动模块包括一与ECU模块连接的喷油器开关控制电路以及喷油器接口电路。

在本实用新型的一个具体的实施例中，喷油器开关控制电路采用一开关管Q1，该开关管Q1的栅极与ECU模块连接，用于接收ECU模块的喷油器驱动信号，以起动该开关管Q1；开关管Q1的源极接地，漏极接一VCC电压，在该实施例中，VCC电压为12V；开关管Q1的的漏极连接有喷油器接口电路，该喷油器接口电路采用接口J4A，以实现与喷油器的连接。

在上述实施例中，开关管Q1的接收到喷油器上电信号之后，开关管Q1 导通，通过接口J4A驱动喷油器。

进一步地，如图5所示，ECU模块通过一节气门舵机控制电路与发动机的节气门舵机连接。

在一个具体的实施例中，节气门舵机控制电路为一节气门舵机接口J7，该节气门舵机接口J7与节气门舵机连接，接收ECU模块的脉冲信号，以实现对节气门舵机进行控制。

在一个具体的实施例中，还包括一霍尔传感器，用于获取发动机的点火提前角，该霍尔传感器通过一霍尔传感器信号采集电路与能量管理系统连接。

在一个具体的实施例中，如图6所示，霍尔传感器信号采集电路采用传感器接口电路U49，用于与霍尔传感器信号连接。

进一步地，如图7-图9所示，能量管理系统通过一油泵驱动模块与油泵连接；油泵驱动模块包括一上电驱动电路、启动驱动电路以及脉冲驱动电路。

在一个具体的实施例中，上电驱动电路、启动驱动电路以及脉冲驱动电路各包括一个开关电路，本实用新型以上电驱动电路为例进行说明，如图7 锁死，上电驱动电路的开关电路为一开关管Q3，该开关管Q3的栅极与能量管理系统连接，用于接收能量管理系统的油泵上电信号，以起动该开关管 Q3；开关管Q3的源极接地，漏极接一VCC电压，在该实施例中，VCC电压为12V；开关管Q3的的漏极连接有油泵接口电路，该油泵接口电路采用接口U50，以实现与油泵的连接。

同理，启动驱动电路以及脉冲驱动电路同样包括一个开关管，在此不再具体说明。

在本实施例中，能量管理系统通过上电驱动电路、启动驱动电路以及脉冲驱动电路接收能量管理系统的上电驱动信号、启动控制信号以及脉冲控制信号，实现对油泵的上电、启动以及脉冲控制。

如图2以及图3所示，在本实用新型的一个具体的实施例中，能量管理系统采用芯片STM32F105LQFP64，其通过一CAN总线收发器分别与BMS 模块、PMU模块、ECU模块以及无人机动力系统之间连接，实现CAN通讯。

具体，芯片STM32F105LQFP64连接一CAN总线收发器TJA1050TCM， CAN总线收发器TJA1050TCM分别与动力电池系统、PMU模块、ECU模块以及无人机动力系统连接，以实现其CAN通讯。

进一步地，如图10所示，还包括一电源模块；具体地，该电源模块包括12V电压模块、5V电压模块以及3.3V电压模块，分别为本实用新型提供 12V、5V、3.3V电压，为各个模块进行供电。

具体地，12V电压模块包括一12V供电电池，5V电压模块采用芯片 LT1117/SOT，3.3V电压模块采用LM7805CTNOPB。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种发动机能量管理系统，其特征在于：发动机能量管理系统包括：

一能量管理系统；

一与能量管理系统连接的BMS模块，该BMS模块连接有动力电池；

一与能量管理系统连接的ECU模块，该ECU模块连接有发动机；

一与能量管理系统连接的PMU模块，该PMU模块连接有发电机；以及

一与能量管理系统连接的无人机动力系统，该无人机动力系统包括一油泵。

2.根据权利要求1所述的发动机能量管理系统，其特征在于：ECU模块通过一喷油器驱动模块连接发动机的喷油器。

3.根据权利要求2所述的发动机能量管理系统，其特征在于：喷油器驱动模块包括一与能量管理系统连接的喷油器开关控制电路以及喷油器接口电路。

4.根据权利要求1所述的发动机能量管理系统，其特征在于：ECU模块通过一节气门舵机控制电路与发动机的节气门连接。

5.根据权利要求1所述的发动机能量管理系统，其特征在于：能量管理系统通过一油泵驱动模块与油泵连接。

6.根据权利要求5所述的发动机能量管理系统，其特征在于：油泵驱动模块包括一上电驱动电路、启动驱动电路以及脉冲驱动电路。

7.根据权利要求1所述的发动机能量管理系统，其特征在于：还包括一霍尔传感器，用于获取发动机的点火信息，该霍尔传感器通过一霍尔传感器信号采集电路与能量管理系统连接。

8.根据权利要求1所述的发动机能量管理系统，其特征在于：能量管理系统与BMS模块、PMU模块、ECU模块以及无人机动力系统之间采用CAN通讯。

9.根据权利要求1所述的发动机能量管理系统，其特征在于：还包括一电源模块。

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